鈷該如何用于鋰離子電池呢
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-11 16:09
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鈷是一種堅(jiān)硬，有光澤的銀灰色金屬，發(fā)現(xiàn)于1739年，是鎳和銅開采的副產(chǎn)品，世界上至少有一半的鈷是從剛果民主共和國(guó)開采的。鈷通常用作鋰離子電池中的陰極材料，但也用于制造許多其他東西，包括強(qiáng)力磁鐵，切削工具和用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)力合金。鈷和鋰都是可回收的，盡管目前幾乎沒有鋰離子電池的回收利用。
可充電鋰離子電池包括兩個(gè)電極，這兩個(gè)電極浸沒在電解質(zhì)溶液中并被可滲透的聚合物膜分開。當(dāng)鋰離子電池正在充電時(shí)，鋰離子通過聚合物膜從正極移動(dòng)到負(fù)極。在放電期間，鋰離子從陽(yáng)極返回到陰極。在此過程中，電子被發(fā)送到電子設(shè)備，在此過程中為其供電。
碳石墨是用于鋰離子電池的典型陽(yáng)極材料，因?yàn)樗哂锌梢栽谄鋵又g支撐和儲(chǔ)存小鋰離子的分層結(jié)構(gòu)。由于電池的工作電壓基于陰極和陽(yáng)極之間的電化學(xué)電勢(shì)的差異，因此陰極不能是石墨，并且鋰離子電池的大多數(shù)性能特征基于陰極材料。
陰極通過電化學(xué)嵌入存儲(chǔ)鋰離子; 鋰離子從陰極材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部的晶格位置放入或拉出的順序。在最基本的陰極材料中有鋰 - 鈷 - 氧化物（Li-Co-O 2）。當(dāng)使用這種材料制成的電池充電時(shí)，鋰離子從氧化物中被拉出并插入石墨電極中。在放電期間，發(fā)生相反的過程。當(dāng)從陰極中的氧化物中除去鋰離子時(shí)，它具有正電荷，因此鈷改變其氧化態(tài)并且氧化物保持電中性。少量的鈷在氧化態(tài)從3變化到4，以彌補(bǔ)鋰離子的去除。
鋰，鈷 ，氧化物是一種嵌入化合物，鋰，鈷和氧以二維層排列：鋰層，然后是氧層，鈷層，不同氧層和不同層鋰。在嵌入化合物中，可以除去鋰，并且基本結(jié)構(gòu)應(yīng)保持不變。如果結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，將鋰重新投入使用變得非常具有挑戰(zhàn)性。鈷增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以在開始變化之前容許約60％的鋰被去除，這在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生。
為了使鋰離子電池以可預(yù)測(cè)的方式運(yùn)行，框架結(jié)構(gòu)應(yīng)保持不變。這使得這些電池可以使用數(shù)年至數(shù)十年。用相當(dāng)便宜的鎳替代鈷仍然會(huì)產(chǎn)生插層結(jié)構(gòu)。但是，如果從氧化鎳結(jié)構(gòu)中取出大量的鋰，它會(huì)釋放出相當(dāng)數(shù)量的氧，這可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)。對(duì)結(jié)構(gòu)具有顯著親和力的鋁可以包含在結(jié)構(gòu)中以減少危害。這平衡了結(jié)構(gòu)，但它減少了細(xì)胞的容量。
總結(jié)：鋰離子電池對(duì)于電動(dòng)汽車的持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。電池技術(shù)的進(jìn)步可能會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池中鈷的使用減少，從而降低了從剛果民主共和國(guó)等發(fā)展中國(guó)家開采這種金屬的壓力。然而，在可預(yù)見的未來，鈷似乎仍然是這類電池必不可少的。
